8.8. Настройка Загрузчика

На вашей системе загрузчик скорее всего нормально настроен и полностью работоспособен, но не лишним будет знать и как настроить или установить (переустановить) загрузчик в случае, если он исчезнет из Главной Загрузочной Записи (Master Boot Record). Такое может случиться например после установки другой операционной системы, такой как Windows. Следующая информация поможет вам изменить настройку загрузчика если понадобится (или восстановить).

К ОСНОВАМ Главная загрузочная запись

Главная Загрузочная Запись (The Master Boot Record - MBR) занимает блок размером 512 байт, размещённый вначале первого жёсткого диска (на который устанавливается загрузчик), и это первая программа, которой передаётся управление от BIOS для последующей загрузки нужной операционной системы. В общем, при установке загрузчика в Главную Загрузочную Запись, происходит удаление (перезапись) предыдущего содержания.

8.8.1. Идентификация Дисков

КУЛЬТУРА udev и /dev/

Каталог /dev/ является домашним для так называемых “специальных” файлов. В нём представлены все имеющиеся в системе периферийные устройства (смотри вкладку К ОСНОВАМ Права доступа к устройству). Ранее использовался следующий порядок: в этот каталог были включены все специальные файлы, которые могли быть потенциально использованы. Этот подход имел ряд недостатков. Одним из них было ограничение количества устройств, которые могли быть использованы (из-за жёстко прописанного списка имен). Кроме того было не известно, какие специальные файлы фактически пригодились для работы, а какие - нет.

Nowadays, the management of special files is entirely dynamic and matches better the nature of hot-swappable computer devices. The kernel cooperates with udev (Раздел 9.11.3, «Как работает udev») to create and delete them as needed when the corresponding devices appear and disappear. For this reason, /dev/ doesn't need to be persistent and is thus a RAM-based filesystem that starts empty and contains only the relevant entries.

The kernel communicates lots of information about any newly added device and hands out a pair of major/minor numbers to identify it. With this udevd can create the special file under the name and with the permissions that it wants. It can also create aliases and perform additional actions (such as initialization or registration tasks). udevd's behavior is driven by a large set of (customizable) rules usually found in /lib/udev/rules.d/ and /etc/udev/rules.d/.

Таким образом, с динамически определяемыми именами вы можете сохранить одинаковое имя для данного устройства, не думая о том, какой физический разъём и последовательность подключения были использованы, а это особенно полезно если вы используете различные USB перифирийные устройства. Первый раздел на первом жёстком диске может тогда быть назван /dev/sda1 для обратной совместимости, или /dev/root-partition - если вы так предпочитаете, или даже оба этих названия в одно и то же время. Для этого надо лишь настроить udevd, чтобы автоматически создавалась символическая ссылка.

In ancient times, some kernel modules did automatically load when you tried to access the corresponding device file. This is no longer the case, and the peripheral's special file no longer exists prior to loading the module; this is no big deal, since most modules are loaded on boot thanks to automatic hardware detection. But for undetectable peripherals (such as very old disk drives or PS/2 mice), this doesn't work. Consider adding the modules, floppy, psmouse and mousedev to /etc/modules or /etc/modules-load.d/ in order to force loading them on boot.

При настройке загрузчик должен выполнить идентификацию различных жёстких дисков и их разделов. Linux использует “блочные” специальные файлы, располагаемые для этих целей в каталоге /dev/. Начиная с версии Debian Squeeze, схема присвоения имён специальным файлам, обозначающих жёсткие диски, стала единообразной в ядре Linux, и все жесткие диски (IDE/PATA, SATA, SCSI, USB, IEEE 1394) сейчас представлены как файлы следующего вида /dev/sd*.

Каждый раздел представлен в следующем виде: "sdxX", где "x" - номер диска, а "X" - номер раздела: для примера, /dev/sda1 - это первый раздел (X=1) на первом диске (x=a), и /dev/sdb3 - это третий раздел (X=3) на следующем (втором) диске (x=b). Таким образом всегда можно определить, какой раздел какому диску соответствует.

Архитектура ПК (или “i386”, включая его младшего двоюродного брата “amd64”) уже давно подошла к ограничению своих возможностей при использовании формата таблицы разделов типа “MS-DOS”. В соответствии с этой таблицей было позволено разместить на одном жёстком диске только четыре “основных” раздела. Для обхода этого ограничения, один из них можно было создать как “расширенный” раздел, который мог содержать внутри себя дополнительные “вторичные” разделы. Они начинали нумероваться с 5-го раздела. Таким образом вторичный раздел мог быть /dev/sda5, следующий - /dev/sda6, и т.д.

Другой недостаток формата таблицы разделов типа “MS-DOS” касается ограничения на размер жёсткого диска - он не должен превышать 2 Терабайта. Это создает реальную проблему в настоящее время в связи с появлением в продаже жёстких дисков большого размера.

A new partition table format called GPT (GUID Partition Table) loosens these constraints on the number of partitions (it allows up to 128 partitions when using standard settings) and on the size of the disks (up to 8 ZiB, which is more than 8 billion terabytes). If you intend to create many physical partitions on the same disk, you should therefore ensure that you are creating the partition table in the GPT format when partitioning your disk.

QUICK LOOK The Globally Unique Identifier (GUID)

Using GPT the partition type is represented as a 16 bytes long universally unique identifier, also known as Globally Unique Identifier (GUID), which is part of the UEFI standard (see ЗАМЕТКА UEFI - современная замена BIOS). Compared to the hex code used to determine the partition type in the MS-DOS table format, you will have a hard time trying to remember these identifiers. Fortunately there are lists with all the IDs which you can use to create partition recipes to use with sfdisk or for preseeding the Debian installer.

→ https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table#Partition_type_GUIDs

It is not always easy to remember what disk is connected to which SATA controller, or in third position in the SCSI chain, especially since the naming of hotplugged hard drives (which includes among others most SATA disks and external disks) can change from one boot to another. Fortunately, udev creates, in addition to /dev/sd*, symbolic links with a fixed name, which you could then use if you wished to identify a hard drive in a non-ambiguous manner. These symbolic links are stored in /dev/disk/by-id/. On a machine with two physical disks, for example, one could find the following:

mirexpress:/dev/disk/by-id# ls -l
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 08:58 ata-STM3500418AS_9VM3L3KP -> ../../sda
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 ata-STM3500418AS_9VM3L3KP-part1 -> ../../sda1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 ata-STM3500418AS_9VM3L3KP-part2 -> ../../sda2
[....]
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 08:58 ata-WDC_WD5001AALS-00L3B2_WD-WCAT00241697 -> ../../sdb
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 ata-WDC_WD5001AALS-00L3B2_WD-WCAT00241697-part1 -> ../../sdb1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 ata-WDC_WD5001AALS-00L3B2_WD-WCAT00241697-part2 -> ../../sdb2
[...]
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 08:58 scsi-SATA_STM3500418AS_9VM3L3KP -> ../../sda
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 scsi-SATA_STM3500418AS_9VM3L3KP-part1 -> ../../sda1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 scsi-SATA_STM3500418AS_9VM3L3KP-part2 -> ../../sda2
[...]
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 08:58 scsi-SATA_WDC_WD5001AALS-_WD-WCAT00241697 -> ../../sdb
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 scsi-SATA_WDC_WD5001AALS-_WD-WCAT00241697-part1 -> ../../sdb1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 scsi-SATA_WDC_WD5001AALS-_WD-WCAT00241697-part2 -> ../../sdb2
[...]
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 16:48 usb-LaCie_iamaKey_3ed00e26ccc11a-0:0 -> ../../sdc
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 16:48 usb-LaCie_iamaKey_3ed00e26ccc11a-0:0-part1 -> ../../sdc1
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 16:48 usb-LaCie_iamaKey_3ed00e26ccc11a-0:0-part2 -> ../../sdc2
[...]
lrwxrwxrwx 1 root root  9 23 jul. 08:58 wwn-0x5000c50015c4842f -> ../../sda
lrwxrwxrwx 1 root root 10 23 jul. 08:58 wwn-0x5000c50015c4842f-part1 -> ../../sda1
[...]
mirexpress:/dev/disk/by-id#

Note that some disks are listed several times (because they behave simultaneously as ATA disks and SCSI disks), but the relevant information is mainly in the model and serial numbers of the disks, from which you can find the peripheral file. While the links in /dev/disk/by-id/ are created using the device' serial number and physical path, there are more convenience links in e.g. /dev/disk/by-label/ (based on given labels), /dev/disk/by-uuid/ (based on unique identifiers, which can change when reformatting a device using mkfs.* or mkswap), /dev/disk/by-path/ (based on shortest physical path), and /dev/disk/by-partlabel/ and /dev/disk/by-partuuid/ (only partitions with GPT labels and their unique identifiers). If you use these links, e.g. in /etc/fstab, always prefer unique identifiers over labels. You can also obtain and change this information for each partition or device using the lsblk and blkid commands.

Примеры файлов конфигурации, приведённые в следующих разделах базируются на следующих исходных данных: одиночный SATA-диск, где на первом разделе установлена старая Windows а второй раздел содержит Debian GNU/Linux.

ALTERNATIVE The LILO bootloader

Старейшим загрузчиком системы является LILO (LInux LOader) — надёжный, но простой. Он записывает физический адрес рабочего ядра (его местоположение на жёстком диске) в MBR для загрузки, и это объясняет почему, каждый раз после каждого обновления LILO (или изменения его файла настройки), должна быть выполнена следующая команда lilo. За свою забывчивость можно расплатиться невозможностью загрузить систему (с того раздела, где были выполнены изменения, но не уведомили LILO об этом). Например, если старое ядро было удалено или перезаписано как новое с тем же именем (например было скомпилировано новое изменённое ядро с тем же именем), а обновление LILO не было выполнено, то при загрузке будет выдана ошибка, что LILO не может найти ядра (в том месте жёсткого диска, где она его ожидала увидеть).

Файл для настройки LILO называется /etc/lilo.conf, Ниже приведен пример простого файла для стандартной конфигурации.

Пример 8.4. Файл настройки LILO

# The disk on which LILO should be installed.
# By indicating the disk and not a partition.
# you order LILO to be installed on the MBR.
boot=/dev/sda
# the partition that contains Debian
root=/dev/sda2
# the item to be loaded by default
default=Linux

# the most recent kernel image
image=/vmlinuz
  label=Linux
  initrd=/initrd.img
  read-only

#  Old kernel (if the newly installed kernel doesn't boot)
image=/vmlinuz.old
  label=LinuxOLD
  initrd=/initrd.img.old
  read-only
  optional

# only for Linux/Windows dual boot
other=/dev/sda1
  label=Windows

As per request of the maintainer and upstream author of lilo, the bootloader has been removed from Debian 11 Bullseye and it is unlikely to make a comeback.

8.8.2. Настройка GRUB 2

GRUB (GRand Unified Bootloader) is more recent. It is not necessary to invoke it after each update of the kernel; GRUB knows how to read the filesystems and find the position of the kernel on the disk by itself. To install it on the MBR of the first disk, simply type grub-install /dev/sda. This will overwrite the MBR, so be careful not to overwrite the wrong location. While it is also possible to install GRUB into a partition boot record, beware that it is usually a mistake and doing grub-install /dev/sda1 has not the same meaning as grub-install /dev/sda.

ЗАМЕТКА Обозначение дисков в GRUB

GRUB can only identify hard drives based on information provided by the BIOS. (hd0) corresponds to the first disk thus detected, (hd1) the second, etc. In most cases, this order corresponds exactly to the usual order of disks under Linux, but problems can occur when you associate SCSI and IDE disks. GRUB used to store the correspondences that it detected in the file /boot/grub/device.map. Nowadays it avoids this problem using universally unique identifier (UUIDs) or file system labels when generating grub.cfg. However, the device map file is not obsolete yet, since it can be used to override when the current environment is different from the one on boot. If you find errors there (because you know that your BIOS detects drives in a different order), correct them manually and run grub-install again. grub-mkdevicemap can help creating a device.map file from which to start.

Разделы могут иметь особенные имена в GRUB. Когда вы используете “классические” разделы в формате MS-DOS, первый раздел на первом диске имеет метку (hd0,msdos1), второй (hd0,msdos2), и т.д.

GRUB 2 configuration is stored in /boot/grub/grub.cfg, but this file (in Debian) is generated from others. Be careful not to modify it by hand, since such local modifications will be lost the next time update-grub is run (which may occur upon update of various packages). The most common modifications of the /boot/grub/grub.cfg file (to add command line parameters to the kernel or change the duration that the menu is displayed, for example) are made through the variables in /etc/default/grub. To add entries to the menu, you can either create a /boot/grub/custom.cfg file or modify the /etc/grub.d/40_custom file. For more complex configurations, you can modify other files in /etc/grub.d, or add to them; these scripts should return configuration snippets, possibly by making use of external programs. These scripts are the ones that will update the list of kernels to boot: 10_linux takes into consideration the installed Linux kernels; 20_linux_xen takes into account Xen virtual systems, and 30_os-prober adds other existing operating systems (Windows, OS X, Hurd), kernel images, and BIOS/EFI access options to the menu.

CAUTION error: symbol `grub_*' not found

One of the most often reported issues when using GRUB is that users get an error like error symbol `grub_calloc' not found and they are unable to boot the system anymore. Most of the time this error is caused by installing an updated version of GRUB that causes new modules in /boot/grub to be incompatible with old core images in the boot sector that your firmware jumps to when booting your machine. This happens on systems that are configured to run grub-install to a target device that is not actually the one that the firmware uses to boot your system (e.g. after replacing disks or moving them around - one can see the issue when running dpkg-reconfigure grub-pc showing the wrong target device). With the release of Debian 11 Bullseye (the change was also populated to Buster) the update process now checks for this issue and exits with an error in case it finds such a constellation.

→ https://bugs.debian.org/bug=966575#95

Setting up grub-pc (2.02+dfsg1-20+deb10u4) ...
/dev/disk/by-id/[..] does not exist, so cannot grub-install to it!
You must correct your GRUB install devices before proceeding:

  DEBIAN_FRONTEND=dialog dpkg --configure grub-pc
  dpkg --configure -a
dpkg: error processing package grub-pc (--configure):
 installed grub-pc package post-installation script subprocess returned error exit status 1

To fix the issue and continue the upgrade procedure, just follow the advice and run the commands given by the error message as root.

8.8.3. Using GRUB with EFI and Secure Boot

Using GRUB to boot either a traditional BIOS system (legacy or UEFI-CSM) or a UEFI system is quite different. Fortunately the user doesn't need to know the differences because Debian provides different packages for each purpose and the installer automatically cares about which one(s) to choose. The grub-pc package is chosen for legacy systems, where GRUB is installed into the MBR, while UEFI systems require grub-efi-arch, where GRUB is installed into the EFI System Partition (ESP). The latter requires a GTP partition table as well as an EFI partition.

→ https://wiki.debian.org/Grub2#UEFI_vs_BIOS_boot

To switch an existing system (supporting UEFI) from legacy to UEFI boot mode not only requires to switch the GRUB packages on the system, but also to adjust the partition table and the to create an EFI partition (probably including resizing existing partitions to create the necessary free space). It is therefore quite an elaborate process and we cannot cover it here. Fortunately, there are some manuals by bloggers describing the necessary procedures.

If you are using a system with “Secure Boot“ enabled and have installed shim-signed (see sidebar КУЛЬТУРА Защищенная загрузка и загрузчик), you must also install grub-efi-arch-signed. This package is not pulled in automatically, only if the installation of recommended package has been enabled.